Wydajność płyty PCB zależy w 70% od jej układu, ten sam schemat może prowadzić do normalnej pracy lub częstych awarii przy różnych układach i trasach,nawet bezpośrednio wpływające na stabilnośćNiezależnie od tego, czy jesteś początkującym projektantem PCB, czy doświadczonym inżynierem poszukującym rozwiązań optymalizacyjnych,opanowanie następujących kluczowych punktów może zaoszczędzić 90% kłopotów w procesie projektowania.

I. Przygotowanie do projektu: 3 kroki do stworzenia solidnego fundamentu i uniknięcia ponownych prac

1Określenie ograniczeń projektowych: potwierdzenie wymiarów fizycznych płyty PCB, liczby warstw (wybierz płytę jednopoziomową / podwójną / wielowarstwową), wymogów impedancji (np. 50Ω sygnał dużych prędkości,90Ω sygnału różnicowego), limity spadku napięcia w szybie napędowej, normy EMC (CE/FCC itp.) oraz parametry procesu produkcyjnego (minimalna szerokość śladu, rozstawienie śladów, poprzez rozmiar) z wyprzedzeniem.Zapisz te ograniczenia do zasad projektowania (DRC), aby uniknąć naruszeń od samego początku.

2. przegląd schematyczny i optymalizacja

Przed układem niezbędne jest drugie przeglądanie schematyczne: sprawdź, czy trasy zasilania, uziemienia i sygnału są racjonalne, unikając niepotrzebnych skrzyżowań; skup moduły funkcjonalne (takie jak moduły zasilania,interfejsy dużych szybkości, i obwody analogowe) w celu zapewnienia logicznej podstawy dla późniejszego planowania układu; oznakowanie kluczowych sygnałów (takich jak zegar i pary różnicowe) w celu skoncentrowanej kontroli podczas układu.

3. Wybór składnika i potwierdzenie opakowania
Priorytetowo traktować elementy ze standaryzowanymi opakowaniami i rozsądnym rozstępem szpilki (unikać opakowań o cienkim rozstępie poniżej 0,4 mm, które zwiększają trudności lutowania);potwierdzić dokładność biblioteki pakietów (definicje pinów), lokalizacje ekranów jedwabnych, rozmiary podkładek), zwłaszcza dla precyzyjnych komponentów takich jak BGA i QFP, ponieważ nieprawidłowe pakowanie może bezpośrednio prowadzić do awarii projektu.

II. Projektowanie układu: przestrzeganie trzech zasad "zonizacji, bliskości i rozpraszania ciepła"

1. Funkcjonalny układ strefowania

Podzielić układ na podregiony w zależności od rodzaju sygnału i funkcji: obszar analogowy (ADC/DAC, czujniki), obszar cyfrowy (MCU, FPGA), obszar zasilania (czupy zasilania, induktory, kondensatory),Obszar interfejsu (USB), Ethernet, RF) między każdym obszarem zachować pasma izolacyjne (zalecane ≥3 mm), aby zapobiec zakłóceniu sygnałów cyfrowych sygnałami analogowymi.

2. Priorytetyzacja układu składników krytycznych: umieszczenie układów zasilania (LDO, DC-DC) w pobliżu obciążenia w celu zmniejszenia długości ścieżki zasilania;umieszczanie induktorów i kondensatorów w pobliżu pinów chipu zasilania w celu utworzenia kompletnego obwodu filtracyjnego (uniknij układów "lecących drutów").

W przypadku urządzeń, które nie posiadają urządzeń, które nie są w stanie wykonywać funkcji określonych w pozycji 2A001.d.1., urządzenia te są określone w pozycji 2A001.d.1.gruntowanie obudowy oscylatora kryształowego i pozostawienie wokół niej obszaru wolnego od miedzi o długości ≥ 5 mm.

Utrzymywać elementy wytwarzające ciepło (takie jak tranzystory mocy i sterowniki LED) z dala od elementów wrażliwych (takich jak MCU i czujniki) oraz zapewniać wystarczającą przestrzeń do rozpraszania ciepła;w razie potrzeby projektowanie ogrzewaczy pokrytych miedzią.

3. Sprawdź racjonalność układu: upewnij się, że szpilki komponentów nie są zablokowane, a oznakowania jedwabnym ekranem są wyraźnie czytelne; upewnij się, że odległość między elementami w otworze jest ≥2.5 mm i odległość między elementami mocowanymi na powierzchni ≥0.5 mm; umieszczać złącza i komponenty interfejsu w pobliżu krawędzi PCB w celu łatwego wstawiania, usuwania i kierowania.

III. Projekt okablowania: "krótki, prosty i gładki" jako rdzeń, przy jednoczesnym uwzględnieniu impedancji i EMC.

1Podstawowe reguły okablowania: priorytetowo kierować sygnały krytyczne (zegar, pary różnicowe, sygnały danych dużych prędkości), a następnie sygnały ogólne;linie zasilania i naziemne mają pierwszeństwo nad liniami sygnałowymi w celu zapewnienia stabilnego zasilania.

Utrzymać okablowanie tak krótkie i proste, jak to tylko możliwe, unikając niepotrzebnych zakrętów i przewodów; jeśli zakręty są konieczne, należy stosować kąty 45° lub zaokrąglone krawędzie,unikanie kątów pionowych 90° (w celu zmniejszenia odbicia sygnału i promieniowania EMC).

Odpowiedź szerokości toru: Wybierz szerokość śladu zgodnie z prądem (np. prąd 1A odpowiada szerokości śladu 1 mm, 0,5A odpowiada szerokości śladu 0,5 mm, zaleca się szerokość śladu sygnału 0,2-0,3 mm);szerokość ścieżki sygnału różnicowego i odległość między nimi muszą ściśle przestrzegać wymogów dotyczących impedancji (eNa przykład, pary różnicowe USB 3.0 wymagają szerokości śladu 0,2 mm i odstępu 0,4 mm).

2. Kluczowe punkty szybkiego przekazywania sygnałów
Sygnały różnicowe (takie jak HDMI, PCIe i Ethernet) muszą być równej długości, równoległe i ściśle połączone, a różnica długości kontrolowana jest w zakresie 5 mm.

Sygnały zegarowe powinny używać topologii gwiazdkowej lub łańcuchowej, aby uniknąć bezpośredniego równoległego połączenia wielu obciążeń.

Sygnały dużych prędkości powinny unikać przekraczania podzielonych obszarów (takich jak poziomy mocy i poziomy naziemne), w przeciwnym razie zakłócają płaszczyznę odniesienia i powodują problemy z integralnością sygnału.

3. Wytyczne dotyczące uniknięcia pułapek w trasie
Nie wolno przecinać linii sygnałowych przez rozbicia płaszczyzny zasilania lub płaszczyzny naziemnej.

Należy unikać długich równoległych przewodów linii sygnałowych na różnych warstwach (w celu zmniejszenia przesłuchania między warstwami).

Coraz mniej przewodów, tym lepiej. Sygnały krytyczne powinny mieć w idealnym przypadku nie więcej niż 2 przewodów (przewodniki wprowadzają pasożytniczą indukcję i pojemność, wpływając na integralność sygnału).

IV. Projektowanie uziemienia: elastyczne stosowanie uziemienia jednopunktowego i wielopunktowego

4Podstawą uziemienia jest "zmniejszenie powierzchni pętli uziemienia" i uniknięcie zakłóceń spowodowanych różnicami potencjału uziemienia.Przymocowanie analogowe i cyfrowe muszą być podłączone oddzielnie i ostatecznie połączone w jednym punkcie przy zasilaniu (Zmieszanie analogicznego i cyfrowego gruntu jest zabronione.

1. Różne rodzaje projektowania uziemienia

Ziemia sygnału: Użyj "ziemnienia gwiezdnego", łącząc wszystkie pola sygnału ze wspólnym punktem uziemienia, aby zmniejszyć przesłanie między sygnałami.

Użyj uziemienia wielopunktowego." połączenie terminali uziemienia chipów mocy i kondensatorów filtrowych z najbliższą płaszczyzną uziemienia mocy, aby skrócić ścieżkę uziemienia i zmniejszyć impedancję uziemienia.

Ziemia zabezpieczająca: uziemienie metalowych obudowań i osłon zabezpieczających musi być niezawodne, o oporze uziemienia ≤1Ω,unikanie tworzenia się "płynącej ziemi" (płynąca ziemia jest podatna na akumulację elektryczności statycznej), co prowadzi do awarii EMC).

2Techniki projektowania płaszczyzny naziemnej
W przypadku płyt wielowarstwowych zaleca się stosowanie struktury "poziom mocy + poziom ziemi" (np. Górna - Moc - GND - Dolna).Płaszczyzna podłoża powinna być całkowicie pokryta miedzią w celu utworzenia płaszczyzny odniesienia o niskiej impedancjiPłyty jednowarstwowe lub dwuwarstwowe powinny maksymalnie zwiększyć powierzchnię miedzianą, stosując "grid ground" lub "large-area ground plane"," i łączenie górnej i dolnej warstwy podłoża poprzez przewody, aby zwiększyć skuteczność uziemienia.

V. Projektowanie zasilania: filtrowanie, odłączanie i regulacja napięcia są niezbędne

1. Filtrowanie i odłączanie zasilania
Kondensator ceramiczny o pojemności 0,1 μF (kondensator odłączający) musi być umieszczony obok szczypu zasilania każdego aktywnego urządzenia (MCU, chip), w pobliżu szczypu i płaszczyzny uziemienia,aby rozwiązać natychmiastowe bieżące problemy z dostawąPrzy wejściu zasilania należy umieścić kondensator elektrolityczny 10μF + kondensator ceramiczny 0,1μF w celu filtrowania hałasu niskiej i wysokiej częstotliwości.

Kondensatory elektrolityczne i kondensatory ceramiczne powinny być umieszczone odpowiednio na terminalach wejściowych i wyjściowych zasilania prądem stałym i prądem stałym.W celu zapobiegania zakłóceniom sprzężenia magnetycznego końce induktorów należy trzymać z dala od czułych sygnałów.

2Pociąg napędowy
Szynki napędowe o dużym prądzie (takie jak zasilanie akumulatorami i napędy silników) powinny być szeroko zakrojone lub pokryte miedzią w celu zmniejszenia spadku napięcia i wytwarzania ciepła;pasy izolacyjne powinny być zarezerwowane między wieloma szlakiem napędowym, aby uniknąć zwarć; segmentacja zasilania powinna być opracowana w stylu wyspy z wyraźnymi liniami rozgraniczającymi, a linie sygnałowe nie powinny być w stanie ich przekraczać.

VI. Optymalizacja EMC: Zmniejszenie zakłóceń elektromagnetycznych ze źródła układu

1Projektowanie osłon
Obwody wrażliwe (takie jak odbiorniki RF i analogowe przetwarzanie sygnałów) powinny być zabezpieczone metalowymi osłonami z dobrym uziemieniem;linie sygnałowe i energetyczne dużych prędkości powinny utrzymywać wystarczającą odległość (≥ 10 mm) między sobą a liniami wrażliwymi, lub być izolowane miedzianą.

2. Optymalizacja filtrowania i uziemiania
Obwody interfejsów (USB, Ethernet, interfejsy zasilania) powinny używać induktorów seryjnych wspólnego trybu i równoległych diod TVS w celu tłumienia zakłóceń wspólnego trybu;wszystkie linie sygnałowe zewnętrznych interfejsów powinny być filtrowane przed wyprowadzeniem z PCB.

3Zmniejszenie źródeł promieniowania
Unikaj długich równoległych przewodów, podminanych linii przesyłowych i dużych powierzchni zawieszonych miedzi.Trzymaj sygnały zegarowe i sygnały prędkościowe tak krótkie, jak to tylko możliwe, i otaczaj je płaszczyznami naziemnymi, tworząc taką strukturę, którą nazywa się "mikrostrypą", zmniejszające promieniowanie elektromagnetyczne.

VII. Kontrola po projektowaniu: 3 kluczowe kroki w celu zapewnienia możliwości produkcji i braku ukrytych zagrożeń

1. DRC Check reguły
Po zakończeniu układu należy przeprowadzić kontrolę DRC, koncentrując się na tym, czy szerokość śladu, odległość między śladami, wielkość, odległość między komponentami, dopasowanie impedancji itp.,spełniać zasady projektowania w celu zapewnienia braku naruszeń.

2Integralność sygnału i symulacja EMC
W przypadku płyt PCB o dużej prędkości (np. sygnały ≥100 MHz) zaleca się symulację integralności sygnału (SI) w celu sprawdzenia odbić, krzyżowego hałasu, problemów z czasem itp. Złożone produkty wymagają symulacji EMC (np.emisje promieniowania, rozładowania elektrostatycznego) w celu wczesnego wykrywania i rozwiązywania problemów interferencji.

3. Kontrola wykonalności (DFM)
Wielkość powierzchni: przewody otworu ≥ 0,8 mm, przewody mocowane na powierzchni ≥ 0,3 mm, unikając nadmiernie małych przewodów, które powodują trudności z wierceniem.

Maska lutowa i ekran lutowy: Otwory maski lutowej muszą pokrywać podkładki, aby uniknąć odsłonięcia miedzi; ekran lutowy nie powinien ukrywać podkładek ani przewodów, a znaki powinny być jasno czytelne.

Projektowanie paneli: Jeśli wymagana jest panelizacja, należy zarezerwować szczeliny w kształcie litery V lub otwory pieczętowe i pozostawić krawędzię procesu ≥3 mm na krawędziach paneli dla łatwej produkcji SMT.